CN107867320A - 转向系统的实时稳定性监测 - Google Patents

Abstract

描述的技术方案用于缩放转向系统中的稳定性信号。示例方法包括：通过转矩提升模块计算使转向系统的马达产生辅助转矩的辅助转矩指令，通过稳定性补偿模块基于输入信号计算修改辅助转矩指令的稳定转矩指令，通过稳定性监测模块计算稳定性缩放因子，以基于输入信号中检测到的不稳定性的持续时间和严重性调整稳定转矩指令。

Description

转向系统的实时稳定性监测

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2016年9月28日提交的申请号为62/400,806的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本申请一般涉及车辆中的电动助力转向(EPS)系统，特别涉及通过EPS实施实时稳定性监测和增益缩放。

现今在大多数乘用车中使用EPS系统。EPS帮助驾驶员将车辆转向到所需方向。通常，EPS系统是闭环控制系统，因此，重要的是确保系统的稳定性，以确保驾驶员能够将方向盘转向到所需位置而无意外的振动。

通常，EPS系统是闭环控制系统，因此，确保系统的稳定性是重要的。在EPS系统的情况下，如众所周知的，影响整个过程动力学的两个部分包括控制和装置。控制的校准可以随车辆速率、方向盘(handwheel)转矩、马达速度等而变化。此外，装置动力学可能受到系统摩擦、车辆速率、温度、非线性等的影响。当这些条件改变时，系统变速功能也发生变化。因此，使用EPS稳定性相关过程来确定各个操作点的最小所需稳定性余量(margin)。虽然在多个操作点检查稳定性余量，但是稳定性相关性假设为非变量线性EPS装置模型。此外，控制校准假设为非变量线性EPS响应。实践中研究和涵盖影响稳定性的多个因素以及可能的全部因素在技术上具有挑战性和耗时性。因此，在设计EPS系统所需的控制校准的同时，来自稳定性相关过程的边界余量被确定用作指导。虽然这种设计方法对于创建具有适当稳定性的系统是有用的，但是期望具有实时的主动稳定性监测方法(除了现有的稳定性相关过程之外)以确保EPS系统在驾驶时的稳定性。

发明内容

根据描述的一个或多个实施例，一种转向系统，包括：转矩提升模块，计算辅助转矩指令。此外，转向系统包括稳定性补偿模块，基于一个或多个传感器的测量结果计算稳定转矩指令，所述稳定转矩指令修改所述辅助转矩指令。此外，转向系统包括稳定性监测模块，基于所述传感器的测量结果中检测到的不稳定性的持续时间和严重性来计算稳定性缩放因子以调整所述稳定转矩指令。

根据一个或多个实施例，一种用于转向系统的实时监测系统，包括滤波模块，配置为从用于确定辅助转矩指令的输入信号计算滤波后的输入信号和从所述滤波后的输入信号计算所述输入信号中的不稳定性的幅值。此外，持续时间模块确定所述不稳定性的持续时间。此外，幅值模块确定所述不稳定性的严重性的。此外，辅助缩放因子模块基于所述输入信号中的所述不稳定性的所述持续时间和所述严重性来确定稳定性缩放因子以调整所述转向系统的所述辅助转矩指令。

根据一个或多个实施例，一种用于缩放转向系统中的稳定性信号的计算机实现的方法包括：通过转矩提升模块计算使所述转向系统的马达产生辅助转矩的辅助转矩指令。此外该方法包括通过稳定性补偿模块基于输入信号计算稳定转矩指令，稳定转矩指令修改所述辅助转矩指令。此外，该方法包括通过稳定性监测模块计算稳定性缩放因子，以基于在所述输入信号中检测到的不稳定性的持续时间和严重性来调整所述稳定转矩指令。

在一个或多个示例中，检测输入信号(诸如方向盘转矩、方向盘角度、马达速度等)中的不稳定性包括使用高阶带通滤波器对输入信号进行滤波。此外，在一个或多个示例中，确定不稳定性的持续时间是基于滤波后的输入信号和基于车辆速率确定的预测输入信号。在一个或多个示例中，持续时间模块基于不稳定性的持续时间分别高于预定的短持续时间和预定的长持续时间将短不稳定性标志和长不稳定性标志中的一个切换到开(ON)。此外，在一个或多个示例中，确定不稳定性的严重性包括将滤波后的输入信号的幅值与对应于各个严重性水平的多个预定阈值进行比较。

从以下结合附图的描述中，这些和其它优点和特征将变得更加明显。

附图说明

在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并明确地要求保护被认为是本发明的主题。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易见的，在附图中：

图1示出了根据一个或多个实施例的包括转向系统的车辆。

图2示出了根据一个或多个实施例的用于转向系统的稳定性监测系统。

图3示出了根据一个或多个实施例的示例稳定性监测模块的框图。

图4示出了根据一个或多个实施例的稳定性监测模块的示例实施方式，其中示出了示例的数据流。

图5示出了根据一个或多个实施例的条件启用模块的示例框图。

图6示出了根据一个或多个实施例的滤波模块的示例框图。

图7示出了根据一个或多个实施例的示例不稳定性学习模块和辅助缩放因子模块的框图。

图8示出了根据一个或多个实施例的示例持续时间模块的框图。

图9示出了根据一个或多个实施例的示例幅值模块520的框图。

图10示出了根据一个或多个实施例的示例自适应学习模块的框图。

图11示出了根据一个或多个实施例的用于实时稳定性监测和增益缩放的示例方法的流程图。

图12示出了根据一个或多个实施例的不稳定性检测的示例曲线图。

具体实施方式

本文所使用的术语模块和子模块指一个或多个处理电路，诸如执行一个或更多软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享处理器、专用处理器或处理器组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适组件。可以理解，下面描述的子模块可以被组合和/或进一步分割。

以下描述本质上仅仅是示例的，并不意图限制本公开、应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。

现在参考图1，在图1中，将参考具体实施例对本发明进行描述而不限制本发明。图1示出了包括转向系统12的车辆10的实施例，该转向系统12为诸如电动助力转向(EPS)和/或驾驶员辅助系统等。在各种实施例中，转向系统12包括耦接到转向轴16的方向盘14。在所示的实施例中，转向系统12是电动助力转向(EPS)系统，其还包括耦接到转向系统12的转向轴16和车辆10的连结杆20、22的转向辅助单元18。转向辅助单元18例如包括转向致动器马达19(例如电动机)，和可以通过转向轴16耦接到转向致动器马达和齿轮的齿条和小齿轮转向机构(未示出)。在操作期间，当车辆操作者转动方向盘14时，转向辅助单元18的马达提供助力以移动连结杆20、22，连结杆20、22进而分别移动分别耦接到车辆10的各车轮28、30上的转向节24、26。

致动器马达19是直流(DC)电机或马达。在一个实施例中，马达19是有刷直流电机。有刷直流电机包括定子和转子。定子包括电刷壳体，该电刷壳体具有围绕换向器设置的多个周向间隔开的电刷，每个电刷具有与换向器电接触的接触面。虽然这里描述的实施例应用于永磁体有刷直流电机，但是不限于此，并且可以应用于任何合适的DC机器。

如图1所示，车辆10还包括检测和测量转向系统12和/或车辆10的可观察状况的各种传感器。传感器基于可观察状况产生传感器信号。在所示的示例中，传感器31和传感器32分别是感测车轮28和车轮30的转速的车轮速率传感器。传感器31、32基于此产生车轮速率信号。在其他示例中，除了或替代传感器31和传感器32之外还可以提供其它车轮速率传感器。其它车轮速率传感器可以感测后轮34、36的转速并基于此产生传感器信号。可以理解，可以使用感测车轮运动的其它车轮传感器，例如车轮位置传感器来代替车轮速率传感器。在这种情况下，可以基于车轮传感器信号来计算车轮速度和/或车辆速度或速率。在另一示例中，传感器33是感测放置在方向盘14上的转矩的转矩传感器。传感器33基于此产生转矩信号。其他传感器包括位置传感器34，该位置传感器34用于检测与转向辅助单元18相关联的转向致动器马达或其他马达的位置(马达位置)和转速(马达速度或马达速率)。

控制模块40基于一个或多个传感器信号并且进一步基于本公开的转向控制系统和方法来控制转向系统12的操作。控制模块可以用作EPS系统的一部分以提供转向辅助转矩和/或可以用作可以控制车辆转向的驾驶员辅助系统(例如用于停车辅助、紧急转向控制和/或自主或半自主转向控制)。在一个或多个示例中，控制模块40便于转向系统12通过线控系统实施转向，其中方向盘14在正常操作期间未机械地连接到车辆的一个或多个诸如车轮等机械部件。此外，在这种情况下，方向盘包括角度传感器35，并且可以包括附加的伺服马达或致动器，以及诸如位置传感器34的相应的传感器。转向系统12使用转向辅助单元18基于从控制模块40接收的方向盘的角度信号来控制连结杆的横向运动。在这种情况下，可以不存在转向轴16或者转向轴16可以具有允许方向盘与转向系统或车辆的其余部分机械地脱离的离合器机构。线控转向系统可以具有用于转向辅助单元19的位置控制和方向盘单元14的转矩控制的闭环控制。因此，即使是通过线控系统的转向，实时稳定性检测方法将是有用的。

本文描述的实施例的方案可以由任何合适的控制系统和/或处理设备(诸如马达辅助单元18和/或控制模块40等)执行。在一个实施例中，控制模块40是或者被包括为自主驾驶系统的一部分。

诸如控制模块40的处理或控制设备通过实施本文所述的技术方案来解决本文所描述的技术难题。例如，转向系统12中的技术难题是确保操作期间转向系统12的稳定性。为了确保转向系统12的稳定性，技术难题是实施用于稳定性监测和增益缩放的实时方法。

如前所述，转向系统12是闭环控制系统，其中如果对于所有有界(bounded)输入的输出响应是有界的，则闭环线性系统是所述稳定的。在转向系统12的情况下，如通常已知的，影响闭环控制过程的整体动力学的两个部分包括校准控制和装置动力学。控制的校准可以随着车辆速率、方向盘转矩、马达速度等而变化。此外，装置动力学可能受到系统摩擦、车辆速率、温度、非线性等的影响。当这些条件改变时，系统变速功能也会改变。因此，通常使用稳定性相关过程来确定和校准在各个操作点的最小所需的稳定性余量。尽管在转向系统12的多个操作点处检查稳定性余量，但是稳定性相关性假设用于转向系统12的非变量线性装置模型。此外，控制校准假设转向系统12的非变量响应。在实践中研究和涵盖影响稳定性的多个因素(可能是所有因素)，并提前调整转向系统响应，在技术上具有挑战性和耗时性。

例如由于稳定性余量减小，EPS系统中的稳定性变差可能产生导致操作者不适的方向盘14中的意外振动。防止这种不期望的方向盘振动是本文所述的技术方案所解决的技术难题。应当注意，本文描述的技术方案所解决的各种其他技术难题可以由本领域技术人员来确定。

本文描述的技术方案通过促进用于稳定性相关过程的稳定性余量确定来解决技术难题，稳定性余量确定直接地对转向系统12的稳定性负责。在一个或多个示例中，在现有的稳定性相关过程的基础上，确定实时稳定性余量以确保并进一步增强驾驶时转向系统12的稳定性。因此，本文所述的技术方案改善了转向系统的操作，并且进一步增强了车辆10的乘客和操作者的安全性。

本文描述的技术方案有助于转向系统12和/或车辆10检测转向系统12的内部不稳定性，并且对于提供给转向系统12的所需振荡和外部激励是鲁棒的。例如，因为稳定性相关振动发生在一定的频率范围内，较高阶的切比雪夫(Chebyshev)带通滤波器用于分析相同频率范围内的方向盘转矩内容(content)。一旦检测到稳定性相关的振动，则转向系统12减小辅助增益以增加稳定性余量，使得操作者仍然能够安全地驾驶。此外，本文描述的技术方案有助于学习边界线辅助增益，以使用自适应稳定性余量学习方案来确保系统的稳定性。转向系统12应用这种边界线辅助增益来缩放最终马达转矩指令的原始增益(为1)。通过这样做，转向系统12降低了诸如转矩开环和速度开环等多个控制回路的调整增益。

在一个或多个示例中，本文描述的技术方案有助于检测转向系统12中的稳定性相关的振动，以及根据振动严重性和振动时间长度对马达指令施加缩放因子用于产生转矩。

图2描述了根据一个或多个实施例的用于转向系统的稳定性监测系统。升高曲线模块110从监测转向系统12的一个或多个传感器30-35接收诸如方向盘转矩信号、方向盘角度信号、马达速度信号等输入信号。这里描述的示例使用输入到转向系统12的方向盘14的方向盘转矩作为输入信号，但是应当注意，在其他示例中，将上面列出的其它输入信号用作输入信号。如本文所述，稳定性(或不稳定性)检测和使用检测到的不稳定性来确定稳定性缩放因子来修改转向系统12的转矩指令，可适用上面列出的任何输入信号，以及可适用用来计算转向系统12的转矩指令的任何其它输入信号。

当操作车辆10时，方向盘转矩由操作者提供。升高曲线模块110确定转矩指令来缩放方向盘转矩，以使用马达19产生辅助转矩。在一个或多个示例中，辅助转矩缩放方向盘转矩，通过机械地提高操作者提供的转矩，以便操作者更容易地操纵车辆10。

在一个或多个示例中，稳定性补偿模块120接收由升高曲线模块110产生的转矩指令，并根据预定的调整因子修改转矩指令。稳定性补偿模块120产生稳定转矩指令。应该注意的是，也可以将基于阻尼指令的马达速度加到稳定转矩指令，以提高系统性能。

所示出的系统进一步包括稳定性监测模块140，稳定性监测模块140实时地监测转向系统12的稳定性(或不稳定性)，并产生稳定性缩放因子，以使用缩放模块130进一步缩放稳定转矩指令。从而缩放模块130基于来自稳定性监测模块140的稳定转矩指令和稳定性缩放因子，产生用于马达19的最终转矩指令。马达指令可以是提供给马达19的电流指令或电压指令，以使马达19产生相应量的转矩作为辅助转矩。

应当注意，在一个或多个示例中，图2中描述的一个或多个模块可以是控制模块40的一部分。可替代地或另外地，一个或多个模块可以由控制模块40使用一个或多个计算机可执行指令来实施。可替代地或另外地，在一个或多个示例中，所描述的模块中的一个或多个模块可以与控制模块40分离，并向控制模块40发送一个或多个控制信号或者从控制模块40接收一个或多个控制信号，以实施本文所述的技术方案。

图3描述了根据一个或多个实施例的示例稳定性监测模块的框图。在一个或多个示例中，稳定性监测模块140通过监测方向盘转矩(Tbar转矩)和诸如方向盘位置等其它输入信号来产生稳定性缩放因子。在一个或多个示例中，稳定性监测模块包括条件检测模块210，其能够基于一个或多个输入信号启用稳定性监测功能。当启用稳定性监测时，通过使用例如包括切比雪夫(Chebyshev)更高阶带通滤波器的滤波器模块220对方向盘转矩信号进行滤波。在一个或多个示例中，进一步处理切比雪夫(Chebyshev)滤波器的输出，并且计算带通滤波后的方向盘转矩的低通滤波绝对值。

稳定性监测模块140还包括基于方向盘转矩来监测振动时间长度和严重性的不稳定性学习模块230。此外，辅助缩放因子管理模块240根据振动时间长度和严重性来计算辅助增益，即稳定性缩放因子。在一个或多个示例中，稳定性缩放因子由饱和与限制模块260处理以确保缩放因子在预定范围内。例如，稳定性缩放因子被限制在[0,1]的范围内。

在一个或多个示例中，稳定性监测模块140包括通过自适应方法学习边界线辅助增益的自适应学习模块250。在一个或多个示例中，所学习的增益被应用为由辅助增益饱和与限制模块260使用的范围的上限以限制稳定性缩放因子。

图4描述了稳定性监测模块140的示例实施方式，其示出了根据一个或多个实施例的示例数据流。条件检测模块210接收方向盘转矩和方向盘位置输入信号。条件检测模块210基于输入信号确定稳定性监测启用标志。

图5描述了根据一个或多个实施例的条件启用模块的示例框图。条件检测模块210包括行程结束(EOT)启用模块310，当方向盘角度的绝对值超过所存储的EOT角度值时，其禁用实时稳定性监测功能。在一个或多个示例中，EOT模块310使用方向盘位置。可替代地或另外地，EOT模块310使用马达位置。

条件检测模块210包括急速转向检测模块320，其检测驾驶员是否以比预定速率/频率更高的速率/频率旋转方向盘。

此外，条件检测模块210包括高转矩检测模块330，其检测方向盘转矩的绝对值是否在来自饱和值的预定阈值内。

如果输入信号满足来自条件检测模块210的这些各个模块的三个条件中的任何一个，则稳定性监测模块140的实时稳定性监测功能被禁用。在一个或多个示例中，如果功能被禁用，则带通滤波方向盘转矩被替换为0，使得稳定性监测模块140暂时停止检测任何振动。

条件检测模块210还产生时间混合缩放因子。在一个或多个示例中，时间混合缩放因子基于检测EOT、高转矩和急速的条件中的至少一个的时间量。条件检测模块210包括计时器340，其监测至少一个条件为真(true)的持续时间。如果条件为真的时间量超过预定量，则禁用实时稳定性监测功能。

在一个或多个示例中，如果这些条件中的一个为真持续至少预定持续时间，则条件检测模块140禁用实时稳定性监测功能。因此，条件检测模块140包括二进制逻辑模块350，并且如果这些条件中的一个为真已经持续至少预定持续时间，二进制逻辑模块350执行AND(与)操作以确定这些条件中的一个当前是否为真。AND操作的结果，也就是滤波启用标志，被转发到滤波模块220。滤波启用标志是二进制值。在一个或多个示例中，如果由AND操作产生的滤波启用标志为真，则滤波模块220处理输入信号，否则，将滤波模块220的结果替换为0(零)。

此外，计时器340还监测这些条件都不为真的时间量。基于这些条件不为真的时间量，时间混合模块360产生时间混合缩放因子。在一个或多个示例中，时间混合模块360使用查找表来基于尚未检测到条件的持续时间来确定时间混合缩放因子。

参考回图3和图4，来自条件检测模块210的结果被转发到滤波模块220。滤波模块220还接收诸如在方向盘14处接收的方向盘转矩等其它输入信号。滤波模块220基于来自条件检测模块210的输入处理方向盘转矩以确定滤波后的方向盘转矩信号来产生稳定性缩放因子。

图6描述了根据一个或多个实施例的滤波模块的示例框图。滤波模块220包括禁用滤波模块410，禁用滤波模块410接收从条件检测模块210输出的滤波器启用标志。如果滤波器启用标志为假，则禁用的带通滤波模块410被启用，并且输出0(零)或表示滤波模块220已经停止检测在方向盘14处的任何振动的任何其他预定值。

此外，滤波模块220包括实施高阶切比雪夫带通滤波的带通滤波模块420或任何其它带通滤波器。带通滤波模块420使用的带通滤波器的阶数越高，滤波器的边缘越清晰，然而处理所需的时间越多。在一个或多个示例中，带通滤波模块使用具有预定的较低阈值频率(例如f_L＝20Hz)和预定的较高阈值频率(例如f_H＝70Hz)的6阶切比雪夫滤波。带通滤波模块420基于来自条件检测模块210的滤波器启用标志被启用。带通滤波模块420接收方向盘转矩信号并对预定阈值频率范围内的信号进行滤波。

在一个或多个示例中，来自禁用滤波模块410和带通滤波模块420的输出被提供给合并模块430。合并模块取决于基于滤波启用标志信号的哪个块被启用从410或420发送适当的输出。

滤波模块220还包括缩放模块440，其接收来自合并模块430的输出，并且使用来自条件检测模块210的时间混合缩放因子来缩放该输出。

滤波模块220还包括绝对值模块450和低通滤波模块460，以计算带通滤波方向盘转矩的绝对值的低通滤波。因此，最终输出的值提供了在带通滤波模块420的频率范围内存在多少内容的幅值。带通滤波模块420的预定频率范围对应于转向系统12的稳定性相关频率范围。

参考回图3和图4，来自滤波模块220的输出滤波方向盘转矩被转发到不稳定性学习模块230和辅助缩放因子模块240。不稳定性学习模块230接收诸如车辆速率和原始方向盘转矩信号(滤波之前)等附加的输入信号，并设置短不稳定性标志的值和长不稳定性标志的值。辅助缩放因子模块240从滤波模块220接收滤波后的方向盘转矩和从不稳定性学习模块230接收标志值。

图7描述了根据一个或多个实施例的示例不稳定性学习模块和辅助缩放因子模块的框图。不稳定性学习模块230包括持续时间模块510，辅助缩放因子模块240包括幅值模块520以及其它组件。基于输入信号，持续时间模块510产生指示已经检测到不稳定性的持续时间的短不稳定性标志和长不稳定性标志。此外，基于输入信号和由持续时间模块510产生的标志，幅值模块520产生预限稳定性缩放因子。

图8描述了根据一个或多个实施例的示例持续时间模块的框图。持续时间模块510确定来自滤波模块220的方向盘转矩数据中识别的振动的时间长度。因此，滤波模块220有助于确定方向盘转矩信号中包含的不稳定性的振幅，并且持续时间模块510确定不稳定性的持续时间。

在一个或多个示例中，持续时间模块510确定转向系统12具有短时间不稳定性或长时间不稳定性。持续时间模块510使用为二进制值的两个对应的标志，即短不稳定性标志和长不稳定性标志来指示结果。持续时间模块510包括基于未滤波的方向盘转矩和车辆速率来计算不稳定性校准值的不稳定性阈值模块610。持续时间模块510还包括确定滤波后的方向盘转矩值的振幅大于不稳定性校准值的持续时间的比较器620和计时器630。如果振幅高于不稳定性校准值超过可校准时间段1但低于可校准时间段2，则短不稳定性标志被打开(ON)，并且长不稳定性标志关闭(OFF)。当振幅高于不稳定性校准值超过可校准时间段2时，短不稳定性标志关闭(OFF))并且长不稳定性标志打开(ON)。

持续时间模块510还包括设置短不稳定性标志和长不稳定性标志值的不稳定性标志模块640。不稳定性标志模块640接收计时器630的当前输出以及振幅是否大于不稳定性校准值。不稳定性标志模块640还使用单元延迟模块650接收振幅大于前一次迭代中的不稳定性校准值的结果。如果650的输出与630的输出相同，则短不稳定性标志和长不稳定性标志被设置为零。因此，不稳定性标志模块640确定振幅是否已经大于不稳定性校准值持续比可校准时间段1和/或2更长的时间。基于该确定，不稳定性标志模块640改变短不稳定性标志和长不稳定性标志的状态。在一个或多个示例中，当振幅低于不稳定性校准值时，不稳定性标志模块640将两个标志重置为OFF。此外，在一个或多个示例中，当转向系统12启动时，例如当车辆10启动时，不稳定性标志模块640将标志设置为OFF。

参考回图7，短不稳定性标志和长不稳定性标志值从持续时间模块510被转发到幅值模块520。幅值模块520基于标志值和来自滤波模块220的滤波后的方向盘转矩的振幅产生预限稳定性缩放因子。

图9描述了根据一个或多个实施例的示例幅值模块520的框图。幅值模块520包括标志检查模块710，其接收并检查短不稳定性标志和长不稳定性标志的值。此外，幅值模块520包括阈值检查模块720，其接收并比较滤波后的方向盘转矩与一个或多个预定阈值。

基于阈值检查模块720与不同阈值的比较，仲裁模块730A和730B确定预限缩放因子的值。例如，阈值检查模块720检查滤波后的方向盘转矩值是否大于第一阈值(高)、第二阈值(中)和第三阈值(低)。取决于哪种情况为真，向730模块发送两个预定缩放因子(将一个用于长不稳定性标志条件的预定缩放因子发送到730B，将另一个用于短不稳定性标志条件的预定缩放因子发送到730A)。在一个或多个示例中，仲裁模块730A和730B基于比较结果使用查找表来确定预限缩放因子。因此，阈值检查模块720和仲裁模块730A和730B基于滤波后的方向盘转矩的幅值和长/短不稳定性标志来确定预限缩放因子值。应当注意，在一个或多个示例中，可以使用单个仲裁模块或不同数量的仲裁模块代替所示的两个仲裁模块。

仲裁模块730A和730B的输出被转发到基于持续时间的乘法器模块740。基于持续时间的乘法器模块740接收来自标志检查模块710的结果和来自仲裁模块730A和730B的预限缩放因子值。基于来自标志检查模块710的输出，基于持续时间的乘法器模块740将预限缩放因子与增益乘数相乘。标志检查模块710基于来自持续时间模块510的标志值来校准增益乘数。如果不稳定性持续很短时间(短不稳定性标志为ON)，则辅助增益乘数被校准到第一预定值，该第一预定值高于如果不稳定性持续很长时间(长不稳定性标志为ON)所使用的第二预定值。如果没有一个标志为ON，也就是说两个标志均为OFF，则预限缩放因子为诸如1的预定值。

此外，在一个或多个示例中，使用较低的辅助增益乘数对不稳定性内容的较高振幅进行缩放。例如，如果滤波后的方向盘转矩值高于较高的阈值，则使用较低的辅助增益乘数，而在其他情况下使用较高的增益乘数。在其它示例中，可以执行替代的计算。

在一个或多个示例中，幅值模块520还包括合并模块750，其从持续时间乘法器模块740接收预限因子值并且从持续时间模块510接收基于标志值的用于不同情况的预定值。取决于根据710中实施的逻辑哪个条件为真，合并模块750从3个输入中传递适当的预限稳定性缩放因子。

参考回图3和图4，预限稳定性缩放因子被转发到饱和与限制模块260。饱和与限制模块260从条件启用模块210接收稳定性监测启用标志，也就是二进制值。如果监测启用标志被设置为OFF，则饱和与限制模块260输出1作为稳定性缩放因子，进而关闭实时稳定性缩放监测和减小缩放。

此外，饱和与限制模块260将预限稳定性缩放因子与作为稳定性缩放因子的预定最大值的限制因子进行比较。饱和与限制模块260确保强制实施预定的最大值。此外，在一个或多个示例中，饱和与限制模块260还强制实施稳定性缩放因子的预定最小值。

在一个或多个示例中，饱和与限制模块260接收限制因子，用该限制因子与来自自适应学习模块250的预限稳定性缩放因子比较。

图10描述了根据一个或多个实施例的示例自适应学习模块的框图。自适应学习模块250学习用于转向系统12的边界线辅助增益，边界线辅助增益可以随着各个系统而变化，并且甚至随着转向系统12的使用时间而变化。在自适应学习模块250的所示出的实施方式中，如果在当前循环时间内未检测到不稳定性，但是在先前的循环时间中检测到不稳定性，则根据当前辅助增益上限和当前辅助增益与小的校准值(预定)的差值的最小值设置稳定性缩放因子的限制因子。例如，小的校准值可以是0.1，或任何其他这样的值，或例如10％的比例，来以当前辅助增益本身的比例作为基础计算要被减去的值。

如图所示，单元延迟模块810和比较器820比较当前稳定性缩放因子值是否大于先前的稳定性缩放因子值。如果先前的稳定性缩放因子值较大，则此时限制因子不会改变。如果当前的稳定性缩放因子值较大(或相等)，则启动计时器830。计时器830确定当前稳定性缩放因子值是否增加持续至少预定的时间量。此外，自适应学习模块250包括不稳定性标志检查模块840，其检查短不稳定性标志和长不稳定性标志中的至少一个是否为ON。如果满足两个条件，至少一个不稳定性标志为ON，并且稳定性缩放因子增加持续了至少预定的持续时间，启用限制因子确定模块845，其输出当前限制因子；否则它将输出保持为之前计算的当前限制因子。当启用块接收到TRUE启用标志时，它从当前稳定性缩放因子中减去诸如0.05的预定值，该值是从块250输出的一个采样时间延迟值(稳定性缩放因子限制)。

在一个或多个示例中，仲裁模块850将来自限制因子确定模块845的当前计算的限制因子847与当前缩放因子进行比较，并将两者中的最小值作为更新的限制因子。自适应学习模块250还包括饱和与限制模块860，其确保更新的限制因子在稳定性缩放因子的预定范围内，诸如[0,1]等。

图11描述了根据一个或多个实施例的用于实时稳定性监测和增益缩放的示例方法的流程图。如本文所述，该方法可以在使用马达基于输入转矩产生转矩的系统中实现，诸如在马达19基于转矩指令产生辅助转矩，转矩指令进而又是基于方向盘转矩值的转向系统12中。本文描述的方法和其它实施例通过使用稳定性缩放因子修改转矩指令来监测正被接收的方向盘转矩信号中的任何不稳定性并补偿这种不稳定性。此外，这些实施例有助于自适应学习用于缩放因子的限制因子，以防止系统重复缩放转矩指令。

该方法包括确定是否要禁用实时稳定性监测，如框910所示。例如，在方向盘14处产生诸如用于触觉反馈等有目的的振动的情况下，实时稳定性监测被禁用。例如在车辆的操作过程中在失效部件、高速率、导航更新或任何其他类型的反馈要被提供给操作者的情况下，触觉反馈包括在方向盘14处的振动或蜂鸣声作为对操作者的通知。可替代地或另外地，基于其他因素(诸如方向盘14的位置、转矩值、转矩变化率、车辆速率等)来禁用实时稳定性监测(例如参见图5)。

如果要执行实时稳定性监测，则该方法包括使用高阶带通滤波器来计算滤波后的方向盘转矩，如框920和框930所示。滤波模块220例如使用高阶切比雪夫带通滤波计算滤波后的方向盘转矩值。带通滤波后的输出被传递通过低通滤波器和绝对值模块来确定输出的滤波后的方向盘转矩值，输出的滤波后的方向盘转矩值提供在接收的方向盘转矩中检测到的不稳定性的幅值。

此外，该方法包括确定方向盘转矩的不稳定性的持续时间，如框940所示。例如，持续时间模块510通过使用计时器来确定不稳定性的持续时间。持续时间模块510将持续时间与预定的时间量进行比较，以确定不稳定性是短还是长，并且将适当的标志—短不稳定性标志或长不稳定性标志打开(ON)。

此外，该方法包括确定不稳定性的严重性，如框950所示。例如，幅值模块520通过将不稳定性的幅值与对应于不稳定性的一个或多个严重水平(例如高、中和低)的一个或多个预定阈值进行比较来确定不稳定性的严重性。

该方法还包括基于不稳定性的持续时间和严重性来确定预限稳定性缩放因子，如框960所示。例如，辅助缩放因子管理模块240检查不稳定性标志的状态和严重性水平以确定增益乘数(例如参见图9)。预限稳定性缩放因子与基于不稳定性的持续时间和严重性确定的增益乘数相乘。在一个或多个示例中，如果不稳定性甚至短于用于短不稳定性标志的预定持续时间，则预限稳定性缩放因子被设置为预定值。

此外，该方法包括通过根据限制因子来饱和与限制预限稳定性缩放因子从而确定稳定性缩放因子，如方框970所示。此外，该方法包括自适应地学习用于稳定性缩放因子的更新的限制因子，如框980所示。例如，如果在前一循环时间内未检测到不稳定性但在当前循环时间检测到不稳定性，则将更新的限制因子设置为当前辅助增益上限和当前辅助增益与小校准值的差值的最小值。

该方法还包括使用稳定性缩放因子修改给马达19的转矩指令，如方框990所示。转矩指令使得马达19响应于输入用于操纵车辆10的方向盘转矩而产生辅助转矩。

图12描述了示例曲线图，该示例曲线图示出根据一个或多个实施例的不稳定性检测。可以看出，使用本文所述的一个或多个实施例，曲线1010中所示的方向盘转矩信号中的不稳定性被隔离，并且持续时间和严重性(基于幅值)得以确定，如曲线1020所示。基于持续时间和严重性确定了用于缩放转矩指令的稳定性缩放因子，该转矩指令用于产生辅助转矩。

因此，本文所述的技术方案便于检测是否禁用实时稳定性监测。例如，条件检测可以识别触觉反馈振动、外部干扰和高频驱动器输入，并使用标志来禁用实时稳定性(或不稳定性)检测。

此外，这些技术解决方案基于接收到的方向盘转矩信号促进了稳定性(或不稳定性)检测。例如，这些技术解决方案使用更高阶的切比雪夫带通滤波器，以使用鲁棒的截止频率来隔离方向盘转矩信号中的稳定性相关的振动。此外，本文描述的技术方案有助于通过使用振幅和时间阈值来确定系统不稳定性水平。此外，本文描述的技术方案促进边界线缩放因子的自适应学习。

因此，本文所述的技术方案通过在使用马达产生辅助转矩时增加转矩回路和速度回路的稳定性来改善转向系统。

本技术方案可以是在任何可能的技术细节级别的系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或多种介质)，用于使处理器执行本技术方案的各个方面。

本文参照技术方案的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本技术方案的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个块以及流程图和/或框图中的块的组合可以由计算机可读程序指令来实现。

附图中的流程图和框图示出了根据本技术方案的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示模块、段或指令的一部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方案中，块中记载的功能可以不以图中所示的顺序发生。例如，实际上，连续示出的两个块可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序来执行这些块，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图的各个块以及框图和/或流程图中的块的组合可以由特殊目的的基于硬件的系统来实现，该特殊目的的基于硬件的系统执行指定的功能或动作，或者实施专用硬件和计算机指令的组合。

还将理解，执行指令的本文示例的任何模块、单元、组件、服务器、计算机、终端或设备可以包括或以其它方式访问计算机可读介质，诸如存储介质、计算机存储介质或数据存储装置(可移动和/或不可移动)，例如磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可以包括以任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息。这样的计算机存储介质可以是设备的一部分或可访问的或可连接到其上的。可以使用可由这种计算机可读介质存储或以其它方式保持的计算机可读/可执行指令来实现本文描述的任何应用或模块。

虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改为包括迄今为止未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替代或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的各方面可以仅仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不被视为受前述描述所限制。

Claims (15)

1.一种转向系统，包括：

转矩提升模块，计算辅助转矩指令；

稳定性补偿模块，基于一个或多个传感器的测量结果计算稳定转矩指令，所述稳定转矩指令修改所述辅助转矩指令；以及

稳定性监测模块，基于传感器的测量结果中检测到的不稳定性的持续时间和严重性来计算稳定性缩放因子以调整所述稳定转矩指令。

2.如权利要求1所述的转向系统，还包括：条件检测模块，基于方向盘位置、方向盘急速检测和所述一个或多个传感器的测量结果中的至少一个高于预定阈值来禁用稳定性监测模块。

3.如权利要求1所述的转向系统，其中所述稳定性监测模块使用高阶带通滤波器来检测所述一个或多个传感器的测量结果中的不稳定性。

4.如权利要求1所述的转向系统，还包括：自适应学习模块，确定用于稳定性缩放因子的限制因子。

5.如权利要求1所述的转向系统，其中所述稳定性监测模块包括：持续时间模块，基于滤波后的方向盘转矩值和阈值转矩值确定不稳定性的持续时间，所述阈值转矩值至少基于车辆速率确定。

6.如权利要求5所述的转向系统，其中所述持续时间模块基于所述不稳定性的持续时间分别高于预定的短持续时间和预定的长持续时间将短不稳定性标志和长不稳定性标志中的一个切换为开ON。

7.如权利要求1所述的转向系统，其中所述稳定性监测模块包括：幅值模块，通过将滤波后的方向盘转矩值的幅值与对应于各个严重性水平的多个预定阈值进行比较来确定所述不稳定性的严重性。

8.如权利要求1所述的转向系统，其中所述一个或多个传感器的测量结果包括方向盘转矩、马达速度和方向盘角度中的至少一个。

9.一种用于转向系统的实时监测系统，所述实时监测系统包括：

滤波模块，配置为从用于确定辅助转矩指令的输入信号计算滤波后的输入信号和从所述滤波后的输入信号计算所述输入信号中的不稳定性的幅值；

持续时间模块，配置成确定所述不稳定性的持续时间；

幅值模块，配置为确定所述不稳定性的严重性；以及

辅助缩放因子模块，配置为基于所述输入信号中的不稳定性的持续时间和严重性来确定稳定性缩放因子以调整所述转向系统的辅助转矩指令。

10.如权利要求9所述的实时监测系统，其中所述输入信号是方向盘转矩信号。

11.如权利要求9所述的实时监测系统，其中所述输入信号是方向盘角度信号。

12.如权利要求9所述的实时监测系统，其中所述输入信号是马达速度信号。

13.如权利要求9所述的实时监测系统，还包括：条件检测模块，基于方向盘位置、方向盘急速检测和所述输入信号中的至少一个高于预定阈值来禁用所述转矩指令的调整。

14.如权利要求9所述的实时监测系统，还包括：自适应学习模块，确定用于所述稳定性缩放因子的限制因子。

15.一种用于缩放转向系统中的稳定性信号的计算机实现的方法，所述方法包括：

通过转矩提升模块计算使所述转向系统的马达产生辅助转矩的辅助转矩指令；

通过稳定性补偿模块基于输入信号计算稳定转矩指令，所述稳定转矩指令修改所述辅助转矩指令；以及

通过稳定性监测模块计算稳定性缩放因子，以基于在所述输入信号中检测到的不稳定性的持续时间和严重性来调整所述稳定转矩指令。